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线程竞争
一、基本概念
    竞争与同步：
        同一个进程中的线程能够共享进程中的绝大多数资源，当它们进行随意的竞争时就会导致共享的资源被破坏、脏数据、不完整、不一致等问题
        通过一些方法让线程在竞争资源时相互协同，避免出现数据不完整、不一致等问题，这种就叫线程同步

    原子操作：
        在操作的过程中不会被任何情况打断的操作，叫做原子操作

    临界区与临界资源：
        被多个线程同时访问的代码叫做临界区，被多个线程同时访问的资源叫做临界资源

二、互斥量(互斥锁)
    pthread_mutex_t 是一种数据类型，可以定义变量，称为互斥量

    int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex,const pthread_mutexattr_t *attr);
    功能：初始化互斥量，亦可以使用宏进行初始化，默认是打开的状态
    mutex：要初始化的数据量
    attr：默认为NULL即可

    pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

    int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
    功能：销毁互斥量

    int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
    功能：对互斥量加锁，加锁如果成功则继续执行，加锁失败则阻塞，直到互斥量解锁后并加锁成功后，才继续执行

    int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
    功能：尝试对互斥量加锁，成功(0)或者失败(EBUSY)都会立即返回

    int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
    功能：对互斥量解锁 

三、信号量
    与XSI中的信号量原理相同，相当于线程之间所使用的计数器，用于控制访问有限共享资源的线程数

    #include <semaphore.h>
    sem_t   也是一种数据类型，用于定义信号量
    int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
    功能：初始化信号量
    sem：被初始化的信号量
    pshared：
        0       只能在当前进程中使用
        非0     表示该信号量可以以共享内存的方式，被多个进程共享(Linux)
    value：信号量的初始值

    int sem_wait(sem_t *sem);
    功能：对信号量-1，如果不够减则阻塞

    int sem_trywait(sem_t *sem);
    功能：对信号量尝试-1，成功(0)，或者失败(EAGAIN)都会立即返回

    int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);
    功能：对信号量-1，如果不够减则等待abs_timeout时间，超时返回ETIMEDOUT

    int sem_post(sem_t *sem);
    功能：对信号量+1

    int sem_destroy(sem_t *sem);
    功能：销毁信号量

四、死锁
    1、什么是死锁
        多个进程或线程互相之间等待对方的资源，在得到新的资源之前不会去释放自己已经获取到的资源，这样就形成了循环等待，这种现象称为死锁
    2、产生死锁的四大必要条件
        资源互斥：
            资源只有可用和不可用两种状态，不能同时使用，同一时刻只能被一个进程或线程使用
        占有且请求：
            已经得到资源的线程或进程，继续请求新的资源，并继续占有旧的资源
        资源不可剥夺：
            资源已经分配给进程或线程后，不能被其它进程或线程强制性获取，除非资源的占有者主动释放
        环路等待：    
            死锁发生时，系统中必定有两个或两个以上的进程或线程需要资源的线路形成一条等待环路

    注意：死锁一旦产生基本无解，现在的操作系统无法解决死锁，因此我们只能防止死锁产生

    3、如何防止死锁产生
        破坏资源互斥：想办法让资源能够尽量满足共享使用
            缺点：受环境或资金的影响无法让资源满足共享使用

        破坏占有且请求：采用静态预分配的方式，进程或线程在运行前一次性地申请所有要使用的资源，在资源没有满足的前提下不投入运行
            缺点：系统资源会严重浪费，因为有些资源可能开始时使用，但是有些资源可能快结束时才使用

        破坏资源不可剥夺：当一个进程或者线程已经占有了一个不可剥夺的资源时，并且请求新的资源无法被满足，则释放已经占有的资源，
        等待一段时间后重新申请
            缺点：该策略实现起来比较复杂，释放已经获取的资源会导致前一个阶段的工作无效，反复申请释放资源会增加系统的开销、占用CPU、内存等资源

        破坏环路等待：给每个资源进行编号，进程或线程都按照约定的编号顺序请求资源，只有拿到前一个资源后，才能继续请求下一个资源
            缺点：资源的编号必须相对稳定，运行过程中资源添加、销毁时都会受影响
    
    4、如何判断产生死锁
        a、画出资源分配图
        b、简化资源分配图
        c、使用死锁判断原理：如果没有环路肯定不会产生死锁

        算法：银行家算法

五、条件变量
    当某些条件满足时可以让线程自己进入睡眠，也可以在某些条件满足时被其它线程唤醒。一般配合互斥量一起使用。

    pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

    int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,const pthread_condattr_t *restrict attr);
    功能：初始化条件变量，也可以使用宏赋值的方式进行初始化

    int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex);
    功能：让当前线程睡入cond，并解锁互斥量mutex
 
    int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
    功能：唤醒cond中的一个线程，之前锁必须处于打开状态，为的是唤醒时能够自动把锁再加上

    int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
    功能：唤醒cond中所有的线程，线程醒来时自己的互斥量必须能够再次加锁

    int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex,const struct timespec *restrict abstime);
    功能：让当前线程睡入cond，并解锁互斥量mutex，只睡眠abstime秒，超时后会自动醒来

    int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
    功能：销毁条件变量

    注意：条件变量的使用可以实现生产者和消费者模型
    
六、生产者与消费者模型

    生产者：    生产数据的线程
    消费者：    使用数据的线程
    仓库：      临时存放数据的缓冲区

    面临的可能产生的问题：
        生产快于消费    仓库爆满    撑死
        消费快于生产    仓库空虚    饿死
    利用条件变量解决问题：
        当缓冲区满的时候，生产者线程睡入条件变量(full)，并通知所有的消费者线程全部醒来(null)
        当缓冲区空的时候，消费者线程睡入条件变量(null)，并通知所有的生产者线程全部醒来(full)

七、
哲学家就餐问题可以这样表述，假设有五位哲学家围坐在一张圆形餐桌旁，做以下两件事情之一：吃饭，或者思考。吃东西的时候，他们就停止思考，
思考的时候也停止吃东西。餐桌中间有一大碗意大利面，每两个哲学家之间有一只餐叉。因为用一只餐叉很难吃到意大利面，所以假设哲学家必须用两只餐叉吃东西。
他们只能使用自己左右手边的那两只餐叉。哲学家就餐问题有时也用米饭和筷子而不是意大利面和餐叉来描述，因为很明显，吃米饭必须用两根筷子